- •Гидравлические машины в нефтегазовом деле
- •131000 «Нефтегазовое дело»
- •Содержание
- •1 Введение
- •2 Общие сведения о насосах
- •2.1 Лопастные насосы. Основные параметры
- •2.2 Классификация лопастных насосов
- •3. Центробежные насосы
- •3.1 Устройство и принцип действия центробежного насоса
- •3.2 Осевое усилие в центробежных насосах и способы уравновешивания
- •3.3 Движение жидкости в каналах рабочего колеса центробежного насоса
- •3.4 Основное уравнение проточных машин
- •3.5 Составляющие части теоретического напора рабочего колеса
- •3.6 Зависимость теоретического напора от подачи насоса
- •3.7 Влияние угла выхода из рабочего колеса на величину и составляющие части теоретического напора
- •3.8 Влияние конечного числа лопаток на величину теоретического напора
- •3.9 Мощность и кпд центробежных насосов
- •3.10 Характеристики центробежного насоса
- •3.11 Основы теории подобия лопастных насосов
- •3.12 Универсальная характеристика центробежного насоса
- •3.13 Кавитация в центробежных насосах
- •3.13.1 Сущность кавитационных явлений
- •3.13.2 Определение критического кавитационного запаса
- •3.13.3 Определение допустимой высоты всасывания насоса
- •3.13.4 Пути повышения кавитационных качеств насоса
- •3.14 Работа центробежного насоса на трубопроводную сеть
- •3.15 Устойчивость работы центробежного насоса
- •3.16 Совместная работа центробежных насосов
- •3.17 Регулирование работы центробежных насосов
- •3.17.1 Воздействие на коммуникацию
- •3.17.2 Воздействие на привод насоса
- •3.17.3 Воздействие на конструкцию насоса
- •3.18 Работа центробежных насосов на вязких жидкостях
- •4 Осевые насосы
- •4.1 Устройство и принцип действия
- •4.2 Основные показатели работы осевого насоса
- •4.3 Рабочая характеристика осевого насоса. Выбор насосов
- •5 Объемные насосы и их классификация
- •5.1 Поршневые насосы. Принцип действия и классификация
- •5.2 Идеальная и действительная подача поршневых насосов
- •5.3 Закон движения поршня приводного насоса
- •5.4 Неравномерность подачи поршневых насосов
- •5.5 Процессы всасывания и нагнетания жидкости в поршневом насосе
- •5.6 Графическое представление изменения напоров в цилиндре насоса
- •5.7 Условия нормальной работы поршневого насоса
- •5.8 Теоретический цикл работы поршневого насоса
- •5.9 Процессы всасывания и нагнетания с пневмокомпенсаторами
- •5.10 Расчет пневмокомпенсаторов
- •5.11 Мощность и кпд поршневого насоса
- •5.12 Испытание поршневого насоса
- •5.13 Рабочие характеристики поршневых насосов
- •5.14 Регулирование подачи поршневых насосов
- •5.15 Клапаны поршневых насосов
- •5.15.1 Назначение, устройство клапанов и требования, предъявляемые к клапанам
- •5.15.2 Основы теории работы клапанов
- •5.15.3 Безударная работа клапанов
- •6 Роторные насосы
- •6.1 Шестеренные насосы
- •6.2 Винтовые насосы
- •Основным недостатком винтовых насосов является значительная технологическая трудность изготовления винтов.
- •6.3 Пластинчатые насосы
- •6.4 Радиально - и аксиально-поршневые насосы
- •7 Гидротурбины
- •7.1 Основные показатели гидротурбин
- •7.2 Устройство и классификация турбин
- •7.3 Турбина турбобура
- •7.4 Движение жидкости в каналах турбин
- •7.5 Число оборотов ротора турбины
- •7.6 Определение вращающего момента турбины
- •7.7 Коэффициенты турбинных решеток
- •7.8 Перепад давления в турбине турбобура
- •7.9 Мощность и кпд турбин турбобура
- •7.10 Комплексная рабочая характеристика турбины турбобура
- •7.11 Подобие гидравлических турбин
- •8 Компрессоры
- •8.1 Классификация компрессоров
- •8.2 Применение компрессоров в нефтегазовой промышленности
- •8.3 Основные рабочие параметры компрессоров
- •8.4 Поршневые компрессоры, их классификация
- •8.5 Работа, совершаемая поршнем за один цикл.
- •8.6 Производительность и подача поршневого компрессора
- •8.7 Многоступенчатое сжатие
- •8.8 Мощность и кпд поршневого компрессора
- •8.9 Ротационные компрессоры
- •8 .9.1 Пластинчатый ротационный компрессор
- •8.9.2. Жидкостно-кольцевой компрессор
- •8.10 Лопастные компрессоры
- •8.11 Подача лопастных компрессоров
- •8.12 Мощность и кпд лопастных насосов
- •8.13 Рабочая характеристика лопастных компрессоров
- •8.14 Параллельная и последовательная работа лопастныхкомпрессоров
- •8.15 Регулирование лопастных компрессоров
- •8.16 Особенности эксплуатации лопастных компрессоров
- •Список литературы
5.8 Теоретический цикл работы поршневого насоса
Совместим графики напоров всасывания (рисунок 5.19) и нагнетания (рисунок 5.20) и представим их в координатах р -V, где объем рабочей камерыVпропорционален длине хода поршня (V=FS). В результате получаем замкнутую диаграмму, которая представляет собой зависимость давления в цилиндре в процессе всасывания и нагнетания.
Рисунок 5.21
График изменения давления в цилиндре за одну пару ходов поршня, полученный расчетным путем, называется теоретической индикаторной диаграммой и имеет вид, показанный на рисунке 5.21.
Работа, совершаемая поршнем в процессе всасывания жидкости:
.
Работа, совершаемая поршнем, в процессе нагнетания:
Следовательно, работа, совершаемая поршнем за один цикл:
.
Полученный интеграл равен площади диаграммы abсdи представляет собой работу теоретического цикла насоса. Высота диаграммыназывается индикаторным давлением. Практически важно, чтобы индикаторное давление по длине хода поршня было одинаково, так как от этого давления зависят выбор мощности двигателя и прочность деталей насоса.
5.9 Процессы всасывания и нагнетания с пневмокомпенсаторами
Изучение процессов всасывания и нагнетания в поршневом насосе показывает, что движение жидкости является неустановившимся. Неустановившееся движение жидкости сопровождается возникновением инерционных сил, для преодоления которых требуется дополнительная энергия, что обеспечивается мощностью двигателя, приводящего в действие насос.
Как было установлено в разделе 5.5, инерционный напор зависит от длины трубопровода, а именно, на всасывании и на нагнетании.
Таким образом, уменьшение длины трубопровода приведет к снижению величины инерционного напора. С этой целью устанавливаются пневмокомпенсаторы - воздушные колпаки на всасывании и на нагнетании в непосредственной близости от насоса (рисунок 5.22). Насосная установка состоит из насоса 3 с воздушными колпаками 2 и 4, подводящего трубопровода , соединяющего насос с приемным баком 1, и напорного трубопровода, соединяющего насос с приемным баком 5. Пневмокомпенсатор - это емкость, частично заполненная воздухом или газом, который служит упругим амортизатором, уменьшающим неравномерность движения жидкости в напорном и всасывающем трубопроводам.
Рисунок 5.22
В процессе всасывания жидкость поступает в рабочую камеру из пневмокомпенсатора (колпака) 2 через короткую трубку При этом давление в колпаке 2 снижается и жидкость устремляется из приемного бака 1 в колпак 2.
В процессе нагнетания поршень нагнетает жидкость в колпак 4. Под давлением нагнетаемой жидкости воздух в колпаке 4 сжимается, и в период всасывания, когда жидкость не поступает в колпак 4, сжатый воздух вытесняет жидкость из колпака в напорный трубопровод.
При достаточном объеме пневмокомпенсаторов (воздушных колпаков), несмотря на колебания величины объема в разные моменты хода поршня (скорость поршня меняется от нуля до максимума и снова до нуля), колебания уровня жидкости в колпаках как на всасывании, так и на нагнетании будут незначительными и движение в трубопроводах от бака 1 до колпака 2 и от колпака 4 до напорного бака 5 будет близко к установившемуся.
Следовательно, пневмокомпенсаторы (при достаточно большом объеме воздуха) способствуют непрерывному движению жидкости по трубопроводам с практически постоянной скоростью.
Инерционный напор возникает только на очень коротком участке от колпака 2 до насоса иот насоса до колпака 4. Инерционные напоры на этих участках весьма малы и ими можно пренебречь.
Одновременно уменьшаются и гидравлические потери в подводящем и напорном трубопроводах, так как жидкость движется в них с практически постоянной средней скоростью.
Уравнение Бернулли для насоса с колпаками можно записать следующим образом: со стороны всасывания - от свободной поверхности в баке 1 до колпака 2:
;
от свободной поверхности в колпаке 2 до оси насоса
;
напор всасывания составляет
.
Coстороны нагнетания — от оси насоса до свободной поверхности в колпаке 4
От свободной поверхности в колпаке 4 до свободной поверхности в баке 5 ,
то есть напор нагнетания равен
.
Влияние переменных величин на всасывании ина нагнетании на напоры всасывания и нагнетания ввиду их малости длин незначительно.
Индикаторная диаграмма изменения давления в цилиндре насоса с пневмокомпенсаторами имеет вид, показанный на рисунке 5.23.
Рисунок 5.23
Индикаторное давление по длине хода поршня можно считать постоянным, так как давление в процессе всасывания и нагнетания остается практически постоянным. Только в начале всасывания отмечается понижение давления и в начале нагнетания - повышение давления, что объясняется более высоким сопротивлением клапанов при страгивании.
Наличие пневмокомпенсаторов устраняет опасность разрыва сплошности потока в напорном трубопроводе, позволяет уменьшить напор нагнетания жидкости, увеличить число двойных ходов поршня.